JP2015187430A - internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
一般的な火花点火式内燃機関に実装されている点火装置では、イグナイタが消弧した際に点火コイルに発生する高電圧を点火プラグの中心電極に印加することで、点火プラグの中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起し、点火する。 In an ignition device mounted on a general spark ignition type internal combustion engine, a high voltage generated in the ignition coil when the igniter extinguishes is applied to the center electrode of the ignition plug, so that the center electrode of the ignition plug is grounded. A spark discharge is caused between the electrodes and ignited.
近時では、気筒の燃焼室内にある混合気に確実に着火させ、安定した火炎を得ることができるようにするために、高周波発振器が出力する高周波またはマグネトロンが出力するマイクロ波を燃焼室内に放射する「アクティブ点火(アクティブ着火)」法が試みられている(例えば、下記特許文献を参照)。アクティブ点火法によれば、中心電極と接地電極との間の空間に高周波電界またはマイクロ波電界が形成され、この電界中で発生したプラズマが成長して、火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核を生成することができる。 Recently, in order to ensure that the air-fuel mixture in the combustion chamber of the cylinder is ignited and a stable flame can be obtained, the high frequency output from the high frequency oscillator or the microwave output from the magnetron is radiated into the combustion chamber. An “active ignition” method has been attempted (see, for example, the following patent document). According to the active ignition method, a high-frequency electric field or a microwave electric field is formed in the space between the center electrode and the ground electrode, and the plasma generated in this electric field grows to form a large flame nucleus that starts flame propagation combustion. Can be generated.
アクティブ点火法は、混合気への着火の確実性を高める有望な技術であるが、失火を絶対に防ぐことができるわけではない。失火が起これば、未燃の燃料成分が気筒から排気通路に排出されることになり、エミッションの悪化を招く。加えて、未燃の燃料が排気浄化用の三元触媒において酸化反応を起こし、触媒を異常に昇温させる懸念もある。 The active ignition method is a promising technique for improving the certainty of ignition of the air-fuel mixture, but does not prevent misfire. If misfire occurs, unburned fuel components are discharged from the cylinders into the exhaust passage, leading to worsening of emissions. In addition, there is a concern that unburned fuel causes an oxidation reaction in the three-way catalyst for exhaust purification, causing the temperature of the catalyst to rise abnormally.
また、気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関にあっては、インジェクタから噴射された燃料が点火プラグの電極部分に付着することがある。この付着した燃料は、点火プラグの中心電極と接地電極との間の火花放電を阻害する要因となり、失火を引き起こすリスクを高める。そして、一度失火が起こると、次回のサイクル以降も電極に残留する付着燃料によって失火が繰り返される可能性が高まる。 Further, in an in-cylinder direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber of the cylinder, the fuel injected from the injector may adhere to the electrode portion of the spark plug. This adhered fuel becomes a factor that inhibits spark discharge between the center electrode of the spark plug and the ground electrode, and increases the risk of causing misfire. Once misfiring occurs, the possibility of repeated misfiring increases due to the fuel adhering to the electrode even after the next cycle.
本発明は、混合気の燃焼不良が発生したときに気筒の燃焼室内に残される未燃の燃料成分を好適に処理することを所期の目的としている。 An object of the present invention is to suitably treat an unburned fuel component remaining in a combustion chamber of a cylinder when an air-fuel mixture combustion failure occurs.
上述した課題を解決するべく、本発明では、点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電と燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に放射される電界とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し燃料に着火するアクティブ点火を実行可能なものであって、気筒の燃焼室内にて燃焼不良(噴射された燃料が十分に燃焼せず未燃の燃料成分が燃焼室内に残存する状態。燃焼不安定または失火)が発生したことを感知した場合において、気筒の燃焼室内圧力が所定以下であるときに、点火プラグの電極に印加するべき火花放電用の電圧をその直前に印加した電圧よりも低め、燃焼室内に放射するべき電界をその直前に放射した電界よりも弱め、及び/または、燃焼室内に電界を放射する時間をその直前に放射した電界の放射時間よりも短くした上でアクティブ点火を再実行する内燃機関を構成した。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug interacts with the electric field radiated into the combustion chamber via the antenna facing the combustion chamber. It is possible to perform active ignition that generates plasma in the combustion chamber and ignites the fuel, and the combustion failure in the combustion chamber of the cylinder (the injected fuel does not burn sufficiently and unburned fuel components are in the combustion chamber) When it is sensed that the remaining state (combustion instability or misfire) has occurred, when the pressure in the combustion chamber of the cylinder is below a predetermined level, the spark discharge voltage to be applied to the electrode of the spark plug is immediately before that. When the electric field that is lower than the applied voltage, the electric field to be radiated in the combustion chamber is weaker than the electric field radiated immediately before, and / or the time of radiating the electric field in the combustion chamber is radiated immediately before And configure the internal combustion engine to re-execute the active ignition after having shorter than.
本発明によれば、混合気の燃焼不良が発生したときに気筒の燃焼室内に残される未燃の燃料成分を好適に処理することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suitably treat the unburned fuel component left in the combustion chamber of the cylinder when the combustion failure of the air-fuel mixture occurs.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、筒内直接噴射式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1には、その燃焼室に臨む位置に、燃料を噴射するインジェクタ11を設置している。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a direct injection type four-stroke gasoline engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). Each cylinder 1 is provided with an
図2に、点火系の電気回路を示している。点火プラグ12は、点火コイル14にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル14は、半導体スイッチング素子131を有するイグナイタ13とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
FIG. 2 shows an electric circuit of the ignition system. The
内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0からの点火信号iをイグナイタ13が受けると、まずイグナイタ13の半導体スイッチ131が点弧して点火コイル14の一次側に電流が流れ、その直後の火花点火のタイミングで半導体スイッチ131が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ12の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電を生じる。
When the
点火コイル14の一次側コイルは、半導体スイッチ131を介して車載の電源バッテリ17に接続する。半導体スイッチ131を点弧し、バッテリ17から供給される直流電圧を一次側コイルに印加して通電を開始すると、一次側コイルを含む一次側(低圧系)の回路を流れる一次電流は逓増する。
The primary coil of the
図6に、一次側コイルへの通電開始後の一次電流の推移を例示する。図6中、電流制限機能が働かない場合を破線で描画し、電流制限機能が働く場合を一点鎖線で描画している(実線については、後述する)。バッテリ17及び一次側コイルを含む一次側の電気回路をRL直列回路と仮定すると、t=0時点にて直流電圧Eを印加した場合の一次電流I(t)は、
I(t)≒{1−e-(R/L)t}E/R
となる。即ち、過渡現象として一次電流は逓増するが、その増加の速さは徐々に衰える。十分に長い時間が経過すると、図6中の破線のように一次電流はE/Rに飽和する。
FIG. 6 illustrates the transition of the primary current after the start of energization of the primary side coil. In FIG. 6, the case where the current limiting function does not work is drawn with a broken line, and the case where the current limiting function works is drawn with a one-dot chain line (the solid line will be described later). Assuming that the primary side electric circuit including the battery 17 and the primary side coil is an RL series circuit, the primary current I (t) when the DC voltage E is applied at time t = 0 is
I (t) ≈ {1-e- (R / L) t } E / R
It becomes. That is, the primary current increases as a transient phenomenon, but the rate of increase gradually decreases. When a sufficiently long time elapses, the primary current saturates to E / R as shown by the broken line in FIG.
イグナイタ13は、一次電流の過大化を抑制する電流制限機能を有している。この電流制限機能は、今日普及している既製のイグナイタのそれと同様である。具体的には、制御回路132が、検出抵抗133を介して、一次電流を当該抵抗133の両端間電圧の形で恒常的に計測する。そして、その一次電流(抵抗133の両端間電圧)の大きさが規定値以下である間は半導体スイッチ131を点弧する一方、規定値を超えたときには半導体スイッチ131を消弧する。これにより、一次電流を図6中の一点鎖線のように規定値にクリップする。
The
火花点火の際に点火プラグ12の中心電極に印加される誘導電圧は、半導体スイッチ131を消弧する時点t1で点火コイル14の一次側コイルに流れている一次電流が大きいほど高圧になる。従って、一次側コイルへの通電時間が長いほど、点火プラグ12の中心電極に印加される誘導電圧が高圧になる。並びに、一次電流が大きいことは点火コイル14に入力する電力量が大きいことを意味しており、一次側コイルへの通電時間が長いほど、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間で火花放電が継続する時間も長くなる。
The induced voltage applied to the center electrode of the
要するに、半導体スイッチ131を点弧する時点t0、t0’を調整することで、点火プラグ12の中心電極に印加される誘導電圧の大きさや火花放電の継続時間を調整することが可能である。図6中、一次側コイルへの通電時間が比較的短い(より遅い時点t0から通電を開始する)場合を実線で描画し、一次側コイルへの通電時間が比較的長い(より早い時点t0’から通電を開始する)場合を一点鎖線で描画している。
In short, it is possible to adjust the magnitude of the induced voltage applied to the center electrode of the
因みに、イグナイタ13は、点火コイル14またはイグナイタ13自身の温度が上限値を超えるような異常発熱を感知した場合に、一次側コイルへの通電を強制的に遮断する機能をも有している。
Incidentally, the
本実施形態の内燃機関では、その点火系に気筒1の燃焼室内に電界を発生させる電界発生装置6を付設している。この電界発生装置6は、燃焼室内でプラズマを生成する目的のものである。電界発生装置6の具体例としては、高周波の交流電圧を出力する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を出力する脈流電圧発生回路等を挙げることができる。 In the internal combustion engine of the present embodiment, an electric field generator 6 for generating an electric field in the combustion chamber of the cylinder 1 is attached to the ignition system. The electric field generator 6 is intended to generate plasma in the combustion chamber. Specific examples of the electric field generator 6 include an AC voltage generation circuit that outputs a high-frequency AC voltage, a pulsating voltage generation circuit that outputs a high-frequency pulsating voltage, and the like.
図3及び図4に示すように、高周波を発生させる電界発生装置6は、車載バッテリを電源とし、低圧直流を高圧交流に変換する回路を含む。具体的には、バッテリが提供する約12Vの直流電圧を100V〜500Vに昇圧するDC−DCコンバータ61と、DC−DCコンバータ61が出力する直流を交流に変換する高周波発生回路たるHブリッジ回路62と、Hブリッジ回路62が出力する交流の高周波をさらに高い電圧に昇圧する昇圧トランス63とを構成要素とする。
As shown in FIGS. 3 and 4, the electric field generator 6 that generates a high frequency includes a circuit that uses a vehicle-mounted battery as a power source and converts low-voltage direct current into high-voltage alternating current. Specifically, a DC-
DC−DCコンバータ61は、ECU0からの指令lを受けて、Hブリッジ回路62に印加する直流の駆動電圧の大きさを変化させることができ、ひいては、昇圧トランス63の下流における高周波電圧の振幅を変化させることができる。昇圧トランス63の下流における高周波電圧は、周波数が200kHz〜3000kHz程度、振幅が3kVp−p〜10kVp−p程度であることが好ましい。
The DC-
電界発生装置6の出力端には、第一ダイオード64及び第二ダイオード65を介設する。第一ダイオード64は、カソードが昇圧トランス63の二次側巻線の信号ラインに接続し、アノードが点火コイル14との結節点であるミキサ7に接続している。第二ダイオード65は、アノードが昇圧トランス63の二次側巻線のグランドラインに接続し、カソードが接地している。これら第一ダイオード64及び第二ダイオード65は、昇圧トランス63の下流において交流の高周波を半波整流して脈流化するとともに、点火タイミングにおいて点火コイル14の二次側から流れ込む負の高圧パルス電流を遮る役割を担う。
A
因みに、電界発生装置6として脈流電圧発生回路を採用する場合、当該脈流電圧発生回路は周期的に電圧が変化する直流電圧を発生させるものであればよく、その波形も任意であってよい。ここに言う脈流電圧は、基準電圧(0Vであることがある)から一定周期で一定電圧まで変動するパルス電圧や、交流電圧に直流バイアスを加味した電圧等を含む。 Incidentally, when a pulsating voltage generation circuit is employed as the electric field generator 6, the pulsating voltage generation circuit may be any circuit that generates a DC voltage whose voltage periodically changes, and its waveform may be arbitrary. . The pulsating voltage mentioned here includes a pulse voltage that varies from a reference voltage (which may be 0 V) to a constant voltage at a constant period, a voltage obtained by adding a DC bias to an AC voltage, and the like.
電界発生装置6が発生させる高周波電圧は、点火プラグ12の中心電極に印加する。つまり、気筒1の燃焼室内に臨む点火プラグ12の中心電極を、電界を放射するアンテナとする。これにより、燃焼室内における、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間の空間に、高周波電界が形成される。そして、高周波電界中で火花放電を行うことによりプラズマが発生し、このプラズマが火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きなラジカルプラズマ火炎核を生成する。
The high frequency voltage generated by the electric field generator 6 is applied to the center electrode of the
上記は、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、OHラジカルやNラジカルになるとともに、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体も電離した状態、即ちプラズマ状態となることで、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎核も大きくなるのである。この結果、火花放電のみによる二次元的な着火から三次元的な着火に増幅され、燃焼が燃焼室内に急速に伝播、高い燃焼速度で拡大することとなる。 In the above, the flow of electrons due to the spark discharge and the ions and radicals generated by the spark discharge are vibrated and meandered by the influence of the electric field, resulting in a long path length and a dramatic increase in the number of collisions with surrounding water and nitrogen molecules. This is due to the increase. Water molecules and nitrogen molecules that have been struck by ions and radicals become OH radicals and N radicals, and the surrounding gas that has been struck by ions and radicals is also ionized, that is, a plasma state. In addition, the region of ignition of the air-fuel mixture increases and the flame kernel also increases. As a result, the two-dimensional ignition by only the spark discharge is amplified to the three-dimensional ignition, and the combustion rapidly propagates into the combustion chamber and expands at a high combustion speed.
アクティブ点火を実行する場合の、点火プラグ12の中心電極に高周波を印加するタイミングは、通常、火花放電開始と略同時、火花放電開始直前、または火花放電開始直後である。
In the case of performing active ignition, the timing at which a high frequency is applied to the center electrode of the
勿論、本実施形態の内燃機関は、アクティブ点火ではない従来型の火花点火、即ち点火プラグ12の中心電極からの高周波電界の放射を伴わない火花放電によって混合気に着火することもできる。安定的に着火して燃焼させることが容易な(燃焼不良に陥りにくい)状況下では、従来型の火花点火を実行することとして電力消費を抑制することが考えられる。
Of course, the internal combustion engine of the present embodiment can also ignite the air-fuel mixture by conventional spark ignition that is not active ignition, that is, spark discharge that does not involve emission of a high-frequency electric field from the center electrode of the
本実施形態において、ECU0は、混合気の燃焼の際に気筒1の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、当該イオン電流信号hを参照して燃焼状態の判定を行うことが可能である。
In the present embodiment, the
図2に示しているように、本実施形態では、点火系の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部15と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部16とを備える。バイアス電源部15は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ151と、キャパシタ151の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード152と、電流阻止用のダイオード153、154と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗155とを含む。増幅部16は、オペアンプに代表される電圧増幅器161を含む。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a circuit for detecting an ionic current is added to the electric circuit of the ignition system. This detection circuit includes a bias
点火プラグ12の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ151が充電され、その後キャパシタ151に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗155にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗155の両端間の電圧は、増幅部16により増幅されてイオン電流信号hとしてECU0に受信される。
The
図5に、正常燃焼における、イオン電流(図中実線で示す)及び気筒1内の燃焼圧力(筒内圧。図中破線で示す)のそれぞれの推移を例示する。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。そして、筒内圧がピークを迎えるのとほぼ同時に、イオン電流も極大となる。 FIG. 5 illustrates respective transitions of the ionic current (indicated by a solid line in the figure) and the combustion pressure in the cylinder 1 (in-cylinder pressure; indicated by a broken line in the figure) in normal combustion. In the case of normal combustion, the ionic current decreases by a chemical reaction before the compression top dead center after the end of spark ignition, and then increases again by thermal dissociation. At almost the same time as the in-cylinder pressure reaches its peak, the ion current also becomes maximum.
なお、イオン電流は、点火のための放電中には検出することができない。また、図5に示しているものは、従来型の火花点火によって混合気を燃焼させた際のイオン電流信号hの波形である。点火プラグ12の中心電極から高周波電界を放射するアクティブ点火を実行する場合には、その高周波電界の放射中もイオン電流を検出することができない。
Note that the ionic current cannot be detected during discharge for ignition. Further, what is shown in FIG. 5 is a waveform of the ion current signal h when the air-fuel mixture is burned by the conventional spark ignition. When performing active ignition in which a high-frequency electric field is radiated from the center electrode of the
内燃機関の気筒1に吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
An intake passage 3 for supplying intake air to the cylinder 1 of the internal combustion engine takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
気筒1から排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
The exhaust passage 4 for exhausting the exhaust from the cylinder 1 guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-
外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における触媒41の上流側と吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側とを連通するEGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。EGR通路21の入口は、排気通路4における排気マニホルド42またはその下流の所定箇所に接続している。EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク33に接続している。
The external EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 2 realizes a so-called high pressure loop EGR, and an
内燃機関の運転制御を司るECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号g、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号h等が入力される。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle and engine speed of the crankshaft, and depression of an accelerator pedal. An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタ13に対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、DC−DCコンバータ61に対して当該DC−DCコンバータ61が出力する駆動電圧の大きさを指令する電圧指令信号l、EGRバルブ23に対して開度操作信号m等を出力する。
From the output interface, the ignition signal i for the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、燃焼室内に高周波電界を印加するか否かやその電界の強度、要求EGR率(または、EGR量)等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、mを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
その上で、本実施形態におけるECU0は、イオン電流信号hを参照し、気筒1の燃焼室内にて燃焼不良が発生していないかどうかを判定する。そして、燃焼不良を感知した場合には、アクティブ点火を実行することで当該気筒1の燃焼室内に残存する未燃の燃料成分を酸化または燃焼させる。
Then, the
図5に示しているように、ECU0は、気筒1の燃焼室内に充填された混合気に点火した後に検出されるイオン電流信号hの大きさが閾値を上回っている期間Tの長さ(クランク角度(°CA)単位または秒単位)を計数する。そして、その計数した期間Tの長さが判定値以上であれば、当該気筒1の膨張行程において混合気が正常に燃焼したと判定する。逆に、期間Tの長さが判定値を下回ったならば、当該気筒1の膨張行程における混合気の燃焼が不良、即ち燃焼不安定または失火が発生したと判定する。
As shown in FIG. 5, the
混合気の燃焼不良が発生したと判断したECU0は、その燃焼不良の感知後可及的速やかに、当該気筒1においてアクティブ点火(高周波電界の印加及び火花放電)を行う。このアクティブ点火は、燃焼不良が発生したサイクル(吸気−圧縮−膨張−排気の一連を一サイクルとする)と同一のサイクル中に実行することが望ましく、特に、燃料不良が発生した膨張行程と同一の膨張行程の中期ないし後期に実行することが好ましい。
The
しかして、燃焼不良を起こした気筒1の膨張行程における筒内圧が所定以下であるならば、当該燃焼不良の感知後に実行するアクティブ点火において、その直前に実行した点火(本来の着火燃焼のための点火。アクティブ点火であることもあれば、従来型の火花点火であることもある)と比較して、火花放電用の誘導電圧をより低めるか、燃焼室内に放射する高周波電界をより弱めるか、燃焼室内に高周波電界を放射する時間をより短縮するか、またはこれらのうちの複数ないし全部を同時に具現する。 Therefore, if the in-cylinder pressure in the expansion stroke of the cylinder 1 in which the combustion failure has occurred is equal to or less than a predetermined value, the active ignition executed after the detection of the combustion failure is performed immediately before the ignition (for the original ignition combustion). Ignition, which may be active ignition or conventional spark ignition), lower the induction voltage for spark discharge, weaken the high-frequency electric field radiated into the combustion chamber, The time for radiating the high-frequency electric field is further shortened, or a plurality or all of these are simultaneously implemented.
換言すれば、当該アクティブ点火において気筒1に供給する電力量をできるだけ小さくして(直前に実行した点火がアクティブ点火であるならば、燃焼不良を起こしたそのアクティブ点火時の電力量よりも小さくして)、燃焼室内に残存しまたは点火プラグ12の電極部分に付着した未燃の燃料成分を酸化または燃焼処理する。筒内圧力が比較的低い、即ち燃焼室内の雰囲気の密度が比較的低い状況下では、火花放電及び電界放射によるプラズマ生成が容易であることから、当該アクティブ点火における供給電力量を小さくして電力消費を抑制することが許される。
In other words, the amount of power supplied to the cylinder 1 in the active ignition is made as small as possible (if the ignition executed immediately before is active ignition, it is made smaller than the amount of power at the time of active ignition that caused the combustion failure. The unburned fuel component remaining in the combustion chamber or adhering to the electrode portion of the
ECU0は、アクセル開度が所定以下または気筒1に充填される吸気量(若しくは、これに比例する燃料噴射量)が所定以下である低負荷領域にて燃焼不良を感知した場合に、その燃焼不良を起こした気筒1の筒内圧が所定以下であると見なし、供給電力量を小さくした未燃燃料の処理のためのアクティブ点火を実行する。あるいは、筒内圧を検出する圧力センサが気筒1に実装されているならば、燃焼不良を感知した気筒1の筒内圧の実測値が所定以下である場合に、供給電力量を小さくした未燃燃料の処理のためのアクティブ点火を実行する。
When the
筒内圧力を検出する圧力センサが気筒1に実装されていなくとも、気筒1に充填された混合気が燃焼しないと仮定したときの膨張行程中の筒内圧は予測が可能である。例えば、ECU0のメモリに予め、エンジン回転数、サージタンク33内吸気圧及び吸気温、吸気バルブの開閉タイミング(内燃機関にVVT(Variable Valve Timing)機構が装備されている場合)等と、予想される膨張行程中の筒内圧との関係を規定したマップデータまたは関数式を格納しておく。ECU0は、気筒1の吸気行程におけるエンジン回転数、サージタンク33内吸気圧及び吸気温、吸気バルブタイミング等をキーとして当該マップを検索するか、これらを当該関数式に代入して、混合気が燃焼しないと仮定したときの膨張行程中の筒内圧の予測値を知得する。そして、その予測値が所定以下であり、かつ燃焼不良を感知した場合に、供給電力量を小さくした未燃燃料の処理のためのアクティブ点火を実行する。なお、上記のマップに、筒内圧の予測値に代えて、供給電力量を小さくしたアクティブ点火の実行の可否が記述されているということも考えられる。
Even if the pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure is not mounted on the cylinder 1, the in-cylinder pressure during the expansion stroke when the air-fuel mixture filled in the cylinder 1 is assumed not to burn can be predicted. For example, the engine speed, the intake pressure and the intake air temperature in the
翻って、燃焼不良を起こした気筒1の膨張行程における筒内圧が所定以下でないならば、当該燃焼不良の感知後に実行するアクティブ点火において、火花放電用の誘導電圧をより低めたり、燃焼室内に放射する高周波電界をより弱めたり、燃焼室内に高周波電界を放射する時間をより短縮したりはせずに、燃焼室内に残存しまたは点火プラグ12の電極部分に付着した未燃の燃料成分を確実に酸化または燃焼処理するようにする。寧ろ、燃焼不良の感知後のアクティブ点火では、その直前に実行した点火(本来の着火燃焼のための点火)と比較して、火花放電用の誘導電圧をより高めるか、燃焼室内に放射する高周波電界をより強めるか、燃焼室内に高周波電界を放射する時間をより延長するか、またはこれらのうちの複数ないし全部を同時に具現することも考えられる。
On the other hand, if the in-cylinder pressure in the expansion stroke of the cylinder 1 in which the combustion failure has occurred is not less than a predetermined value, the spark discharge induced voltage is lowered or radiated into the combustion chamber in the active ignition executed after the detection of the combustion failure. The unburned fuel component remaining in the combustion chamber or adhering to the electrode portion of the
本実施形態では、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間に発生する火花放電と燃焼室内に臨むアンテナ(点火プラグ12の中心電極)を介して燃焼室内に放射される電界とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し燃料に着火するアクティブ点火を実行可能なものであって、気筒1の燃焼室内にて燃焼不良が発生したことを感知した場合において、気筒1の燃焼室内圧力が所定以下であるときに、点火プラグ12の電極に印加するべき火花放電用の電圧をその直前に印加した電圧よりも低め、燃焼室内に放射するべき電界をその直前に放射した電界よりも弱め、及び/または、燃焼室内に電界を放射する時間をその直前に放射した電界の放射時間よりも短くした上でアクティブ点火を再実行し、以て燃焼室内に残存する未燃の燃料成分を処理する内燃機関を構成した。
In the present embodiment, the spark discharge generated between the center electrode of the
本実施形態によれば、未燃の燃料成分を適時に酸化または燃焼させることができるので、エミッションの悪化を抑止できる上、未燃燃料が触媒41内で酸化して触媒41を溶損させることも回避できる。
According to the present embodiment, since unburned fuel components can be oxidized or burned in a timely manner, emission deterioration can be suppressed, and unburned fuel is oxidized in the
また、筒内直接噴射式の内燃機関において、未燃燃料が液状となって点火プラグ12の電極部分に付着することを防止でき、仮に未燃燃料が付着したとしてもこれを適時に除去できるので、燃焼不良が発生したサイクルの次回以降のサイクルにおける混合気への着火の確実性が増し、燃焼不安定ないし失火が反復的に起こることもなくなる。
In addition, in a direct injection type internal combustion engine, unburned fuel can be prevented from becoming liquid and adhering to the electrode portion of the
加えて、未燃の燃料を燃やし尽くしてエンジントルクに変換することが可能となるため、要求負荷を充足してドライバビリティを向上させることができ、燃費性能の良化にも寄与し得る。 In addition, since unburned fuel can be burned out and converted to engine torque, the required load can be satisfied and drivability can be improved, which can contribute to improved fuel efficiency.
混合気の燃焼の安定性が低下する高EGR率運転時や低温時等を除いた平常時は火花放電のみによる点火を行うようにし、燃焼不良を感知したときに限りアクティブ点火を実行して未燃の燃料成分を処理する態様をとることもできる。あるいは、平常時は必要最小限の強度の高周波電界を放射してアクティブ点火を行い、燃焼不良を感知したときに再度、さらに弱い高周波電界を放射してアクティブ点火を実行し未燃の燃料成分を処理する態様をとることもできる。さすれば、燃焼室内への電界放射による電力消費を抑制することができる。 During normal operation except during high EGR rate operation where the air-fuel mixture combustion stability is low or at low temperatures, etc., ignition is performed only by spark discharge, and active ignition is performed only when a defective combustion is detected. A mode in which the fuel component of the fuel is treated can also be taken. Alternatively, active ignition is performed by emitting a high-frequency electric field with the minimum intensity in normal times, and when a poor combustion is detected, a weaker high-frequency electric field is emitted again to perform active ignition to remove unburned fuel components. It can also take the form of processing. Then, power consumption due to electric field radiation into the combustion chamber can be suppressed.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、気筒1の燃焼室内に電界を印加するための電界発生装置6は、高周波の交流電圧を印加する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を印加する脈流電圧発生回路に限定されない。電界発生装置6としてマイクロ波を出力するマグネトロン等を採用し、気筒1の燃焼室内にマイクロ波電界を印加してアクティブ点火を実行するものとしてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, the electric field generator 6 for applying an electric field to the combustion chamber of the cylinder 1 is not limited to an AC voltage generating circuit that applies a high-frequency AC voltage or a pulsating voltage generator circuit that applies a high-frequency pulsating voltage. A magnetron or the like that outputs a microwave may be employed as the electric field generator 6, and active ignition may be performed by applying a microwave electric field into the combustion chamber of the cylinder 1.
上記実施形態では、点火プラグ12の中心電極を電界放射用のアンテナとしていたが、点火プラグ12とは別体のアンテナを気筒1に設け、これを介して気筒1の燃焼室内に高周波電界またはマイクロ波電界を放射してもよい。
In the above-described embodiment, the center electrode of the
気筒1の燃焼室内における混合気の燃焼不良の検知手法は、上記実施形態のようなイオン電流信号hを参照するものには限定されない。既に述べた通り、イオン電流信号hの推移と、筒内圧(気筒1の燃焼室内圧力)または筒内温(燃焼室内温度)の推移との間には相関がある。筒内圧を検出する圧力センサまたは筒内温を検出する温度センサが気筒1に実装されている場合には、当該センサを介して計測される筒内圧または筒内温に基づいて混合気の燃焼が正常であるか不良であるかを判定することが可能である。典型的には、筒内圧または筒内温が閾値を上回っている期間の長さを判定値と比較し、当該期間の長さが判定値を下回ったならば気筒1の燃焼室内で燃焼不良が発生したものと判定する。 The method for detecting the combustion failure of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the cylinder 1 is not limited to the method of referring to the ion current signal h as in the above embodiment. As already described, there is a correlation between the transition of the ion current signal h and the transition of the in-cylinder pressure (combustion chamber pressure of the cylinder 1) or the in-cylinder temperature (combustion chamber temperature). When a pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure or a temperature sensor for detecting the in-cylinder temperature is mounted on the cylinder 1, the combustion of the air-fuel mixture is performed based on the in-cylinder pressure or the in-cylinder temperature measured via the sensor. It is possible to determine whether it is normal or defective. Typically, the length of the period in which the in-cylinder pressure or the in-cylinder temperature exceeds the threshold value is compared with a determination value, and if the length of the period falls below the determination value, combustion failure in the combustion chamber of the cylinder 1 is detected. It is determined that it has occurred.
燃焼不良の検知手法の他の例としては、内燃機関の回転変動を参照するものが挙げられる。具体的には、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトが所定角度(例えば、30°CA)回転するのに要した時間を反復的に計測し、今回計測された所要時間から前回計測された所要時間を減算することで、所要時間の変化量即ち所定角度毎の回転速度の低下量の指標値を得る。そして、当該指標値を判定値と比較し、指標値が判定値を上回ったならば気筒1の燃焼室内で燃焼不良が発生したものと判定する。 Another example of the method for detecting poor combustion is one that refers to the rotational fluctuation of the internal combustion engine. Specifically, the time required for the crankshaft, which is the output shaft of the internal combustion engine, to rotate by a predetermined angle (for example, 30 ° CA) is repeatedly measured, and the required time previously measured from the required time measured this time. By subtracting the time, an index value of the amount of change in the required time, that is, the amount of decrease in the rotational speed for each predetermined angle is obtained. Then, the index value is compared with a determination value. If the index value exceeds the determination value, it is determined that a combustion failure has occurred in the combustion chamber of the cylinder 1.
本発明の適用対象となる内燃機関は、いわゆるガソリン直噴エンジンには限定されない。ディーゼルエンジンや、HCCI(Homogeneous−Charge Compression Ignition)エンジン等に、本発明を適用することも当然に考えられる。 The internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to a so-called gasoline direct injection engine. Naturally, it is also conceivable to apply the present invention to a diesel engine, a HCCI (homogeneous-charge compression ignition) engine, or the like.
さらには、本発明を、吸気ポートに対して燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関に適用することも可能である。 Furthermore, the present invention can also be applied to a port injection type internal combustion engine that injects fuel into an intake port.
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関として利用することができる。 The present invention can be used as an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
11…インジェクタ
12…点火プラグ、アンテナ
13…イグナイタ
14…点火コイル
6…電界発生装置
7…ミキサ
0 ... Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (1)
気筒の燃焼室内にて燃焼不良が発生したことを感知した場合において、気筒の燃焼室内圧力が所定以下であるときに、点火プラグの電極に印加するべき火花放電用の電圧をその直前に印加した電圧よりも低め、燃焼室内に放射するべき電界をその直前に放射した電界よりも弱め、または燃焼室内に電界を放射する時間をその直前に放射した電界の放射時間よりも短くした上でアクティブ点火を再実行する内燃機関。 Active to generate a plasma in the combustion chamber and ignite the fuel by interacting the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug and the electric field radiated into the combustion chamber via the antenna facing the combustion chamber Can be ignited,
When it is detected that a combustion failure has occurred in the combustion chamber of the cylinder, a spark discharge voltage to be applied to the electrode of the spark plug is applied immediately before the pressure in the combustion chamber of the cylinder is equal to or lower than a predetermined value. Active ignition after lowering the voltage, making the electric field to be radiated in the combustion chamber weaker than the electric field radiated immediately before, or radiating the electric field in the combustion chamber shorter than the radiating time of the electric field radiated immediately before Re-run the internal combustion engine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014065316A JP2015187430A (en) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | internal combustion engine |
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JP2014065316A Pending JP2015187430A (en) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | internal combustion engine |
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2014
- 2014-03-27 JP JP2014065316A patent/JP2015187430A/en active Pending
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